Nature：可通过电流控制水的石墨烯智能膜
2018-07-17 12:11:42
作者：本网整理 来源：材料科技在线团队
图片来源：曼彻斯特大学
正如《自然》杂志报道的那样，曼彻斯特大学国家石墨烯研究所（NGI）的研究人员已经实现了长期以来的追求目标，即创造了电控水流膜。
这是最新且令人兴奋的开发出的适合石墨烯独特性质的薄膜。这项新的研究为开发智能膜技术开辟了一条途径，可以革新人工生物系统、组织工程和过滤领域。
石墨烯能够在处理液体和气体时形成可调谐的滤光器，甚至形成完美的屏障。新的“智能”膜是用廉价的石墨烯（石墨烯氧化物）开发出来的，它已经被证明可以通过使用电流精确控制水流。当需要时，膜甚至可以用来完全阻止水通过。
该小组由Rahul Nair教授领导，在电绝缘氧化石墨烯膜中嵌入导电丝。通过这些纳米丝的电流产生了一个大的电场，它可以电离水分子，从而控制通过膜中的石墨烯毛细管的水传输。
Nair教授说：“这项新的研究使我们能够精确地控制水的渗透，从超快渗透到完全阻塞。我们的工作为进一步开发智能膜技术开辟了一条途径。利用外部刺激开发精确和可逆控制分子渗透的智能膜是从物理和化学到生命科学许多科学领域都感兴趣的。”
电控制水通过膜的实现是一个阶段性的改变，因为它与几个主要的刺激是电信号的生物过程相似。控制水运输是肾水保、体温调节和消化的关键。报道的通过石墨烯膜进行电控制水传输为开发各种应用的人工生物系统和先进的纳米流体设备开辟了新的维度。
在此之前，研究小组已经证明，氧化石墨烯膜可用作从海水中除去盐成为脱盐替代物的筛子。去年，他们还表明这种膜可以去除威士忌中的色素，而不会影响它的其他性能。
在石墨烯基膜的突破性研究中，安德烈？海姆教授和Rahul Nair教授获得了苏丹王子阿卜杜勒阿齐兹国际奖第八项奖。（PSIPW）。
长期以来，科学家一直试图通过使用外部刺激来控制水的流动，这是因为它对医疗保健和相关领域非常重要。目前，这种可调节膜仅限于对膜的润湿和受控离子传输的调制，而不能控制水的流量。
论文的主要作者Kai-Ge Zhou博士说：“报道的石墨烯智能膜技术不仅仅局限于控制水的流动。相同的膜可以用作智能吸附剂或海绵。如果施加电流，即使在沙漠条件下，吸附在膜上的水也可以保留在膜中。我们可以通过切换电流来释放需要的水。”
论文第二作者Vasu博士评论说：“我们的工作不仅为石墨烯膜开辟了新的应用，而且它使我们了解电场对承压水的纳米尺度性质的影响。从水分子冻结到电场下冰的融化，尽管有许多相互矛盾的理论预测，但缺少电场效应的实验证据。我们的工作表明，大电场能将水电离到其所组成的离子中。”
这项工作是与York大学、Shahid Rajaee教师培训大学、伊朗和比利时Antwerpen大学的科学家合作完成的。
石墨烯和相关的二维材料已经显示出开发新应用以及增强当前用于诸如电子、复合材料、传感器和生物医学等领域的工艺的前景。膜已经成为脱盐、气体分离和医疗保健的重点研发主题。
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